这篇文档属于类型a，是一篇关于原创研究的学术论文。以下是针对该研究的详细学术报告：

作者及机构
该研究由Yizhen Liu（南方科技大学深圳格拉布斯研究院化学系）、Jie Zhang（香港中文大学化学系）和Zuowei Xie（南方科技大学深圳格拉布斯研究院化学系）共同完成，发表于《Nature Communications》期刊，2025年。

学术背景
研究领域为硼化学，聚焦于开发新型亲核性硼阴离子化合物。传统硼化学中，硼因其缺电子特性（electron-deficient）主要表现为路易斯酸（Lewis acid）和亲电性（electrophilicity），而亲核性硼阴离子（nucleophilic boron anions）的合成一直是挑战。过去的研究依赖杂原子（如氮、氧）或π配体稳定硼阴离子，例如2006年Nozaki和Yamashita报道的N-杂环硼阴离子（N-heterocyclic boryl anion）。然而，这些方法限制了硼阴离子的多样性和应用潜力。

本研究的目标是突破传统稳定策略，利用碳硼烷（carborane）的三维芳香性和电子离域特性，设计无需杂原子或π配体支持的亲核性硼阴离子化合物，并探索其反应性。

研究流程
1. 合成硼中心碳硼烷镁化合物（1）
- 方法：通过复分解反应（metathesis strategy），将(Bdi)MgⁿBu（3）与1,2-二甲基-4-Bpin-邻碳硼烷（2）在正己烷中反应，加入4-二甲氨基吡啶（DMAP）后，以81%的收率得到目标化合物1。
- 表征：通过单晶X射线衍射（single-crystal X-ray analysis）确认结构，显示B(4)–Mg键长为2.325(3) Å，比共价半径之和（2.24 Å）更长，表明键的极性。
- 稳定性：化合物1在固态氩气环境中可稳定数月，但在90°C的C₆D₆溶液中分解。

1. 电子结构分析

   • 理论计算：采用密度泛函理论（DFT）计算显示，最高占据分子轨道（HOMO）主要位于B(4)–Mg的σ键，与杂环稳定的硼阴离子（HOMO离域于杂环）不同。
     
   • 电荷分布：自然布居分析（NPA）显示B(4)携带显著负电荷（-0.503），远高于文献报道的硼阴离子（如Bpin-Mg复合物为+0.318），证实其强亲核性。
     

2. 亲核反应性验证
   化合物1与多种亲电试剂反应，包括：

   • D₂O：生成B(4)-氘代邻碳硼烷（4，收率44%）。
     
   • 全氟苯（C₆F₆）：通过SₙAr反应生成五氟苯基取代产物（5，收率44%）。
     
   • Ph₃GeCl、Ph₂PCl、S₈、PhSeCl、I₂：分别生成相应的锗、磷、硫、硒、碘取代产物（6–10，收率52–88%）。
     
   • 过渡金属试剂（IPrMCl, M = Cu, Ag, Au）：生成B–M键配合物（11–13，收率52–82%），为过渡金属催化提供新途径。
     

主要结果
- 结构创新：化合物1是首例无需杂原子或路易斯碱稳定的亲核性硼阴离子，其稳定性源于碳硼烷笼的立体位阻和电子离域效应。
- 反应多样性：1可与主族、过渡金属及有机亲电试剂反应，证明其作为通用硼阴离子合成子的潜力。
- 理论支持：DFT计算揭示了B(4)–Mg键的高极性，与实验反应性一致。

结论与意义
该研究实现了硼化学的重要突破：
1. 科学价值：拓展了硼阴离子的稳定策略，为设计新型硼试剂提供了范式。
2. 应用价值：化合物1可作为多功能合成子，用于碳硼烷功能化、B–M键构建及材料化学。
3. 理论启示：碳硼烷的三维芳香性为稳定高活性中心提供了新思路。

研究亮点
- 创新性：首次合成无杂原子/π配体支持的硼阴离子，挑战了传统认知。
- 方法学：结合实验与理论计算，全面阐明电子结构与反应性关系。
- 应用潜力：反应范围广，为硼化学和材料科学开辟新方向。

其他价值
研究还提供了详细的合成方法（如化合物4–13的制备流程）和晶体数据（CCDC沉积号2433873–2433875），为后续研究提供可重复性支持。